JP2005197435A - Power semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力用半導体装置に関する。 The present invention relates to a power semiconductor device.
従来の一般的な電力用半導体装置の構成を図13に示す。 FIG. 13 shows a configuration of a conventional general power semiconductor device.
金属製のベース板2の上に、セラミックの表裏に回路パターンを金属メッキした絶縁基板4が配置され、その上にIGBT/MOSFET等の電力用スイッチング半導体素子6並びにフリーホイルダイオード8が搭載される。電力用スイッチング半導体素子6とフリーホイルダイオード8は、外部端子を内蔵したケース(インサートケース)18と(外部端子を介して)接続する。IGBTなどの電力用スイッチング半導体素子6は、上(表)がエミッタ面、下(裏)がコレクタ面になるように配置され、フリーホイルダイオード8は上(表)がアノード面、下(裏)がカソード面となるように配置されている。全体の回路は、絶縁基板4上のパターンとワイヤ20を使って構成され、ケース18に接続されている。これら素子並びに回路を保護するためケース18内部はゲル(もしくは樹脂、ゲル及び樹脂)36を注入し蓋で覆っている。
An
このように、電力用半導体装置において電力用スイッチング半導体素子6のエミッタ面の接続は、ワイヤ20でなされる。このため、以下のような問題点が生じている。
In this way, the connection of the emitter surface of the power switching
第一に、このワイヤ20が細いため電流(の量)に限界があることである。実務上は、ワイヤ20を太くすることやワイヤ本数を増やすことで主回路に必要な電流容量を確保している。けれども、そのためのワイヤボンドのスペースが必要となる。よって素子並びに装置の小型化が進む中でこの方法には自ずと限界がある。第二に、ワイヤ20が細いため回路抵抗が大きくなることである。この問題点もワイヤ20を太くすることやワイヤ本数を増やすことで軽減できるが、上記と同様に自ずと限界がある。第三に、電力用スイッチング半導体素子6上のワイヤ接合面に電流が集中し、熱が局在化することである。素子上のワイヤ接合面を分散させることで熱の集中を軽減しているが、完全に発散させるには到っていない。第四に、半導体装置の短絡時のゲート発振が生じ得ることである。電力用半導体装置では、電力用スイッチング半導体素子6のエミッタセル毎にワイヤ20を接合し、各セル同士はワイヤ20の接合先の絶縁基板4上のパターンを介して接続されている。このことにより各セルでアンバランスが生じて、半導体装置の短絡時にゲート発振が起こり装置の破壊若しくは誤動作が起きことがある。各セル同士を直接ワイヤでステッチ接続することでこの問題は解決できる、とも言えそうであるが、ワイヤボンドの回数とそのための面積が増えるため、やはり上記の第一の問題点と同様の眼界がある。第五に、ワイヤの接合のための空間が必要となることである。
First, since the
以上がワイヤ20に関する主な問題点である。更に、放熱の問題もある。従来の半導体装置ではベース板裏にグリースを塗布し放熱フィンにネジ止めして放熱を行っている。この場合、片側のみしか放熱に利用できないという問題がある。
The above is the main problem regarding the
なお、特許文献1では、上下に回路付パターンを有するIGBTモジュールにおいて、主電極の接続は多数のバンプを介して行う技術が開示される。特許文献2では、導電体小片類似の構成の技術の開示がある。特許文献3では、デバイスに多数のバンプを設ける例が示される。特許文献4では、2枚の基板をバネ接続する技術が示される。特許文献5では、パッケージマザーボードの接続において、バンプ中にポールや金属球を埋め込む技術が開示される。特許文献6や特許文献7では、上下2枚のリードフレーム使用のIPMが示される。
本発明は、電力用半導体装置において、主回路の電流容量を向上させ回路抵抗を低下し、また、素子上で熱分散させエミッタセル分割起因のゲート発振を抑制することを目的とする。 An object of the present invention is to improve the current capacity of a main circuit and reduce circuit resistance in a power semiconductor device, and to suppress gate oscillation caused by emitter cell division by heat dispersion on the element.
本発明は上記の目的を達成するためになされたものである。本発明の好適な実施の形態に係る電力用半導体装置は、
電力用スイッチング半導体素子と、該電力用スイッチング半導体素子と逆並列に接続されるフリーホイルダイオードとを備えた電力用半導体装置である。その電力用半導体装置において、
第1の基板の表主面に形成された回路パターン上に前記電力用スイッチング半導体素子の裏面電極および前記フリーホイルダイオードの裏面電極とを接着し搭載すると共に、前記電力用スイッチング半導体素子の表面電極および前記フリーホイルダイオードの表面電極と対向するように配設された第2の基板の前記対向主面に形成された回路パターンを、半田付けされる接続導体を介し前記電力用スイッチング半導体素子の表面電極および前記フリーホイルダイオードの表面電極の夫々に接続したことを特徴とする。
The present invention has been made to achieve the above object. A power semiconductor device according to a preferred embodiment of the present invention includes:
A power semiconductor device comprising a power switching semiconductor element and a free wheel diode connected in reverse parallel to the power switching semiconductor element. In the power semiconductor device,
A back electrode of the power switching semiconductor element and a back electrode of the free wheel diode are bonded and mounted on a circuit pattern formed on the front main surface of the first substrate, and a front electrode of the power switching semiconductor element And a surface of the switching semiconductor element for power via a connection conductor to which a circuit pattern formed on the opposing main surface of the second substrate disposed so as to face the surface electrode of the free wheel diode is soldered The electrode and the surface electrode of the free wheel diode are connected to each other.
本発明を利用することにより、主回路の電流容量を大幅に向上でき回路抵抗を低下できる。また、素子上での熱分散、エミッタセル分割起因のゲート発振の抑制に効果があり、装置全体を小型化できる。さらに、電力用半導体装置の上下両方の面から放熱することもできる。 By utilizing the present invention, the current capacity of the main circuit can be greatly improved and the circuit resistance can be lowered. In addition, it is effective in suppressing heat dispersion on the element and gate oscillation due to emitter cell division, and the entire apparatus can be miniaturized. Furthermore, heat can be radiated from both the upper and lower surfaces of the power semiconductor device.
以下、図面を参照して本発明に係る好適な実施の形態を説明する。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
実施の形態1
図1は、本発明の実施の形態1に係る電力用半導体装置である。(1)は以下に説明する第1の基板の上面図、(2)は以下に説明する第2の基板の下面図、(3)は側断面図である。該電力用半導体装置では、第1の基板24上に電力用スイッチング半導体素子6及びフリーホイルダイオード8が搭載される。ここで、電力用スイッチング半導体素子6のエミッタ面及びフリーホイルダイオード8のアノード面は、接続導体(図では球)22を介して、回路パターン付絶縁基板である第2の基板26と接続する。電力用スイッチング半導体素子6は、IGBT/MOSFETなどの半導体である
FIG. 1 shows a power semiconductor device according to
図1(3)に示されるように、第1の基板24の下方に放熱部としてのヒートシンク32が接着される。このヒートシンク32は、第2の基板の上方面に接着することもできる。図1(3)のように直接絶縁基板が外部に露出することで強度に問題が生じるような場合には、下方面にベース板を取り付けたり、一部をコーティングしたり、ケースで覆うことをすればよい。
As shown in FIG. 1 (3), a
接続導体22を始め、其々の部品の接続は、半田付け、超音波接合、若しくは圧接などで行えばよい。実施の形態1では、其々の部品を第1の基板24上に全て載せるようにしており、よって生産上の困難が避けられ生産性が向上する。また、接続導体22は、組立後の状態において可撓性を有するようにしている。接続導体22にかかる応力を吸収するためである。
Connection of each component including the
第1の基板24と第2の基板26との間には、ゲル状の絶縁耐熱性充填剤36(わかりやすさのため、図ではハッチングを施していない)を充填する。この際、図6に示すように、3辺を接着剤や仕切り部材34等で封鎖し、開口部から注入を行う。注入に際して、開口部からではなく、注射器等で3辺の底辺から行うこともできる。
Between the 1st board |
実施の形態1には次のような利点がある。一般に、伝導体の電流容量はその断面積に比例し電気抵抗は断面積に反比例する。回路の電流容量を増加させ電気抵抗を低下させるには伝導体の断面積を増やせばよい。しかし、電力用半導体装置においては、半導体素子のエミッタ面の面積は限られているため、ワイヤ全体の断面積(1本の断面積×本数)を増やすことには限界がある。しかも、ワイヤで接続する場合には、接続作業をするためのデッドスペースが不可欠である。ここで、実施の形態1のような接続導体22を利用すると、かようなデッドスペースが不必要である。つまり、素材を同じとして、ワイヤで接続する場合と接続導体で接続する場合とを比較すると、後者のほうが実質的に2倍以上の断面積を持ち得ることとなる。
The first embodiment has the following advantages. In general, the current capacity of a conductor is proportional to its cross-sectional area, and the electrical resistance is inversely proportional to its cross-sectional area. In order to increase the current capacity of the circuit and reduce the electrical resistance, the cross-sectional area of the conductor may be increased. However, in the power semiconductor device, since the area of the emitter surface of the semiconductor element is limited, there is a limit to increasing the cross-sectional area of the entire wire (one cross-sectional area × number). In addition, when connecting with wires, a dead space for connection work is indispensable. Here, when the
さらに、対向する第1の基板24と第2の基板26は、短距離で接続しているためその分電気・熱抵抗が小さくなる。ここで、どの程度の短距離まで許容されるかは、2つの基板間の絶縁の必要性に依存するが、絶縁充填剤が入れられるから定格電圧3.3kV程であるなら2mm程度までは許容され得ると考えられる。
Furthermore, since the opposing
ワイヤには、通常、加工上の便宜からAl(アルミニウム)が利用されている。一方、実施の形態1における接続導体22では、そのような加工上の便宜を考慮する必要が無いから、(Alより電気・熱伝導率がよい)Cuを使うことができる。
For the wire, Al (aluminum) is usually used for processing convenience. On the other hand, in the
以上のように、実施の形態1において、接続導体を介して回路パターン付絶縁基板を接続することにより、主回路の電気容量の大幅な向上並びに回路抵抗の低下を実現できる。さらに、エミッタセルと接続する実質的な面積が大きく、よって回路パターンに短距離で接続するから、半導体素子上での熱分散の向上や、エミッタセル分割起因のゲート発振の抑制を実現できる。加えて、回路パターン上にワイヤを接続するためのスペースを減らせ得るので、装置全体の平面面積を減らすことができる。高さに関しては、元来電力用半導体装置ではワイヤ高さが必要であるから、実施の形態1を利用したとしても大きく増えることはない。 As described above, in the first embodiment, by connecting the insulating substrate with a circuit pattern via the connection conductor, it is possible to realize a great improvement in the electric capacity of the main circuit and a reduction in the circuit resistance. Furthermore, since the substantial area connected to the emitter cell is large, and therefore, the circuit pattern is connected at a short distance, improvement of heat dispersion on the semiconductor element and suppression of gate oscillation due to emitter cell division can be realized. In addition, since the space for connecting the wires on the circuit pattern can be reduced, the plane area of the entire device can be reduced. Regarding the height, the power semiconductor device originally needs the wire height, so even if the first embodiment is used, it does not increase greatly.
更に、上下の両面にヒートシンクを取り付けることにより、放熱効果を向上させることが可能である。 Furthermore, it is possible to improve the heat dissipation effect by attaching heat sinks to the upper and lower surfaces.
実施の形態2
図2は、本発明の実施の形態2に係る電力用半導体装置である。実施の形態2に係る電力用半導体装置は、実施の形態1のものと略同様である。よって、同一部分には同一符号を付して説明を省略し、差異を中心に説明する。(1)が第1の基板の上面図、(2)が第2の基板の下面図、(3)が側断面図であることも、図1と同様である。
FIG. 2 shows a power semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. The power semiconductor device according to the second embodiment is substantially the same as that of the first embodiment. Therefore, the same parts are denoted by the same reference numerals, description thereof will be omitted, and differences will be mainly described. As in FIG. 1, (1) is a top view of the first substrate, (2) is a bottom view of the second substrate, and (3) is a side sectional view.
実施の形態2に係る電力用半導体装置では、接続導体を利用するのではなく、接続用の突出端38を備える回路パターン付絶縁基板を第2の基板26として用いる。接続用の突出端38は、導電体で構成され、第1の基板24上の電力用スイッチング半導体素子6のエミッタ面及びフリーホイルダイオード8のアノード面に接続する。
In the power semiconductor device according to the second embodiment, an insulating substrate with a circuit pattern including a
実施の形態2には次のような利点がある。実施の形態1では、接続導体を半導体素子と回路パターン付絶縁基板との両方に接続する必要がある。このため、工程が多く、場合によっては多少の困難が生じることも予想される。実施の形態2では、突出端をそなえる回路パターン付絶縁基板を用いることにより、工程を簡略化できて装置の信頼性も向上させることができる。 The second embodiment has the following advantages. In the first embodiment, it is necessary to connect the connection conductor to both the semiconductor element and the insulating substrate with a circuit pattern. For this reason, there are many steps, and it is expected that some difficulties will occur in some cases. In the second embodiment, by using an insulating substrate with a circuit pattern having a protruding end, the process can be simplified and the reliability of the apparatus can be improved.
実施の形態3
図3は、本発明の実施の形態3に係る電力用半導体装置である。実施の形態3に係る電力用半導体装置も、実施の形態1及び実施の形態2のものと略同様である。よって、同一部分には同一符号を付して説明を省略し、差異を中心に説明する。(1)が第1の基板の上面図、(2)が第2の基板の下面図、(3)が側断面図であることも、図1、図2と同様である。
FIG. 3 shows a power semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. The power semiconductor device according to the third embodiment is substantially the same as that of the first and second embodiments. Therefore, the same parts are denoted by the same reference numerals, description thereof will be omitted, and differences will be mainly described. As in FIGS. 1 and 2, (1) is a top view of the first substrate, (2) is a bottom view of the second substrate, and (3) is a side sectional view.
図3の実施の形態3に係る電力用半導体装置は、実施の形態2に係る電力用半導体装置の接続用の突起を備えた回路パターン付き絶縁基板(第2の基板26)を利用しつつ、更に、接続導体22も利用する。つまり、第1の基板24上の電力用スイッチング半導体素子6のエミッタ面及びフリーホイルダイオード8のアノード面と、第2の基板26である回路パターン付絶縁基板の回路パターンとを、回路パターンの導電体の突出端38と接続導体22とにより、接続する。
The power semiconductor device according to the third embodiment of FIG. 3 uses an insulating substrate with a circuit pattern (second substrate 26) provided with a projection for connection of the power semiconductor device according to the second embodiment. Furthermore, a
実施の形態3のように、接続用の突出端と接続導体とを同時に利用することにより、対向する第1の導体24と第2の導体26の接続における、両者の距離と接続に要する面積とを、夫々独立に調整することができる。よって、電流量や熱量や応力などを考慮した最適な設計を行うことができる。
As in the third embodiment, by using the connecting protruding end and the connecting conductor at the same time, the distance between the
実施の形態4
図4は、本発明の実施の形態4に係る電力用半導体装置である。実施の形態4に係る電力用半導体装置は、実施の形態1乃至実施の形態3のものと略同様である。よって、同一部分には同一符号を付して説明を省略し、差異を中心に説明する。(1)が第1の基板の上面図、(2)が第2の基板の下面図、(3)が側断面図であることも、図1と同様である。
FIG. 4 shows a power semiconductor device according to
図4の実施の形態4に係る電力用半導体装置は、実施の形態1乃至実施の形態3に係る電力用半導体装置において、第2の基板26の一部に表裏を導通させる部分と裏面(外側面)回路パターンを作るものである。この裏側主面に配設される回路パターンには、電力用スイッチング半導体素子6を駆動制御する制御用回路40が搭載される。
The power semiconductor device according to the fourth embodiment of FIG. 4 is the same as the power semiconductor device according to the first to third embodiments. Side) Creates a circuit pattern. A
このようにすることにより、駆動制御部を別途プリント基板等で用意することなく直接搭載することができる。よって、部品点数を減らし、生産性を向上させることができる。更に、駆動制御部を電力用スイッチング半導体素子6の近傍に置くことで、インダクタンスを小さくでき、より適切な制御が可能となる。
By doing in this way, a drive control part can be directly mounted, without preparing separately with a printed circuit board etc. Therefore, the number of parts can be reduced and productivity can be improved. Furthermore, by placing the drive control unit in the vicinity of the power switching
実施の形態5
図5は、本発明の実施の形態5に係る電力用半導体装置である。実施の形態5に係る電力用半導体装置は、実施の形態1乃至実施の形態4のものと略同様である。よって、同一部分には同一符号を付して説明を省略し、差異を中心に説明する。(1)が第1の基板の上面図、(2)が第2の基板の下面図、(3)が側断面図であることも、図1と同様である。
FIG. 5 shows a power semiconductor device according to the fifth embodiment of the present invention. The power semiconductor device according to the fifth embodiment is substantially the same as that of the first to fourth embodiments. Therefore, the same parts are denoted by the same reference numerals, description thereof will be omitted, and differences will be mainly described. As in FIG. 1, (1) is a top view of the first substrate, (2) is a bottom view of the second substrate, and (3) is a side sectional view.
図5の実施の形態5に係る電力用半導体装置は、実施の形態1乃至実施の形態4に係る電力用半導体装置において、少なくとも第1の基板24がセラミック絶縁基板であり、且つ該セラミック絶縁基板の裏面に複数に分割したヒートシンク32を接着するものである。
The power semiconductor device according to the fifth embodiment of FIG. 5 is the power semiconductor device according to the first to fourth embodiments. At least the
このようにすることにより、放熱性の効率を高め得るだけでなく、ヒートシンクを複数に分割することから、応力を分散させてセラミック基板の熱割れを防止できる。 By doing in this way, not only can the efficiency of heat dissipation be improved, but the heat sink is divided into a plurality of parts, so that stress can be dispersed and thermal cracking of the ceramic substrate can be prevented.
また、分割したヒートシンクと第1の基板24とを一体化させてもよい。このようにすると、生産性を向上させ、ボイド・クラック等による接続部の熱抵抗の上昇を避けることができる。
Further, the divided heat sink and the
実施の形態6
図7及び図8は、本発明の実施の形態6に係る電力用半導体装置である。(1)が(以下で説明する)第1のリードフレームの上面図、(2)が(以下で説明する)第2のリードフレームの下面図、(3)が側断面図であることは、図1乃至図5と略同様である。
7 and 8 show a power semiconductor device according to the sixth embodiment of the present invention. (1) is a top view of the first lead frame (described below), (2) is a bottom view of the second lead frame (described below), and (3) is a side sectional view. This is substantially the same as FIGS.
該電力用半導体装置でも、電力用スイッチング半導体素子6と、該電力用スイッチング半導体素子6と逆並列に接続されるフリーホイルダイオード8とを備えるのであるが、両者は、絶縁基板ではなく、リードフレーム(第1のリードフレーム28)上に搭載される。つまり、第1のリードフレーム28の表主面に電力用スイッチング半導体素子6の裏面電極と、フリーボイルダイオード8の裏面電極とを接合する。同時に、電力用スイッチング半導体素子6の表面電極とフリーホイルダイオード8の表面電極とに対向する第2のリードフレーム30の対向主面の一部を突出させ、その突出端38を電力用スイッチング半導体素子6の表面電極とフリーホイルダイオード8の表面電極とに接続させている。この全体は樹脂にてトランスファーモールドされている。
The power semiconductor device also includes a power switching
実施の形態6に係る電力用半導体装置は、実施の形態1のそれと比べると、絶縁耐量は低くなるが、安価で加工のし易いリードフレームを用いるため、安価で生産性の高い電力用半導体装置を提供できる。さらに、外部端子をリードフレームで作ることで部品点数を減らせ生産性を向上できる。 The power semiconductor device according to the sixth embodiment has a lower dielectric strength than that of the first embodiment, but uses a lead frame that is inexpensive and easy to process. Therefore, the power semiconductor device is inexpensive and has high productivity. Can provide. Furthermore, by making the external terminal with a lead frame, the number of parts can be reduced and productivity can be improved.
図7の電力用半導体装置は、接続突出端38を一つの素子に対して複数にして、素子表面のゲート配線を避けている。さらに複数に分けることで応力を緩和することを意図している。図8の電力用半導体装置は接、接続突出端38をベタ板にして接続面積を増やしている。これにより、素子上での電流の集中を避け得る上に、放熱効率を向上できる。
The power semiconductor device of FIG. 7 avoids gate wiring on the surface of the element by providing a plurality of connection protruding ends 38 for one element. Furthermore, it is intended to relieve stress by dividing it into multiple parts. In the power semiconductor device of FIG. 8, the
実施の形態7
図9は、本発明の実施の形態7に係る電力用半導体装置である。実施の形態7に係る電力用半導体装置は、実施の形態6のものと略同様である。よって、同一部分には同一符号を付して説明を省略し、差異を中心に説明する。(1)が第1のリードフレームの上面図、(2)が第2のリードフレームの下面図、(3)が側断面図であることも、図7及び図8と略同様である。
Embodiment 7
FIG. 9 shows a power semiconductor device according to Embodiment 7 of the present invention. The power semiconductor device according to the seventh embodiment is substantially the same as that of the sixth embodiment. Therefore, the same parts are denoted by the same reference numerals, description thereof will be omitted, and differences will be mainly described. It is substantially the same as FIGS. 7 and 8 that (1) is a top view of the first lead frame, (2) is a bottom view of the second lead frame, and (3) is a side sectional view.
実施の形態7では、第1のリードフレーム28と第2リードフレーム30のいずれも平板状である。更に、第2のリードフレーム30の対向主面の所定の位置に複数の接続導体22を半田付けし、それら複数の接続導体を電力用スイッチング半導体素子6の表面電極とフリーホイルダイオード8の表面電極とに対応付けて半田付けしている。つまり、接続突出端ではなく接続導体22が上下を繋ぐ。
In the seventh embodiment, both the
実施の形態7に係る電力用半導体装置は、実施の形態6のそれと比べると、部品点数は多くなるが、接続部分の形状・材質の選択を増すことができるため、回路抵抗の低減と信頼性の向上が可能となる。 The power semiconductor device according to the seventh embodiment has a larger number of parts than that of the sixth embodiment, but can increase the selection of the shape and material of the connection portion, thereby reducing circuit resistance and reliability. Can be improved.
実施の形態7に係る電力用半導体装置において、図10に示すように、第1のリードフレーム28と対向する第2のリードフレーム30の対向主面の裏側に配設される裏側主面にて、電力用スイッチング半導体素子6を駆動制御する制御用回路40を搭載してもよい。
In the power semiconductor device according to the seventh embodiment, as shown in FIG. 10, the back side main surface disposed on the back side of the opposing main surface of the
更に、第2のリードフレームの代わりに、多層プリント基板、又はスルーホール基板を用いて、そこに電力用スイッチング半導体素子6を駆動制御する制御用回路を搭載してもよい。
Furthermore, instead of the second lead frame, a multilayer printed board or a through-hole board may be used, and a control circuit for driving and controlling the power switching
このように制御用回路40を搭載することにより、駆動制御部を別途プリント基板等で用意せずに直接搭載することができ、部品点数を滅らし、生産性を向上させることができる。更に駆動制御部を電力用スイッチング半導体素子の近傍に置くことで、インダクタンスを小さくできより適切な制御を可能となる。
By mounting the
実施の形態8
図11及び図12は、本発明の実施の形態8に係る電力用半導体素子である。図11において、(1)は側断面図、(2)は第3のリードフレームの下面図、(3)は第2のリードフレームの上面図、(4)は第1のリードフレームの上面図である。図12において、(1)は側断面図、(2)は第4のリードフレームの下面図、(3)は第3のリードフレームの上面図、(4)は第4のリードフレームの下面図、(5)は第1のリードフレームの上面図である。
11 and 12 show a power semiconductor element according to the eighth embodiment of the present invention. 11, (1) is a side sectional view, (2) is a bottom view of the third lead frame, (3) is a top view of the second lead frame, and (4) is a top view of the first lead frame. It is. In FIG. 12, (1) is a sectional side view, (2) is a bottom view of the fourth lead frame, (3) is a top view of the third lead frame, and (4) is a bottom view of the fourth lead frame. (5) is a top view of the first lead frame.
図11、図12の電力用半導体装置は、実施の形態1乃至実施の形態7を応用するものであり、リードフレーム(または絶縁基板)を2枚ではなく3枚以上としている。 The power semiconductor device of FIGS. 11 and 12 applies the first to seventh embodiments, and has three or more lead frames (or insulating substrates) instead of two.
通常の電力用半導体装置では、搭載する素子を増やすと平面方向に広がるしかないため、平面面積がその分大きくなる。本実施の形態では、立体方向に配置するため、平面面積を大幅に減らすことができる。その分高さが増えるとも考えられるが、従来技術ではワイヤ接続のために相当の高さが必要であるのだから、それと比較しても大きく増えることはない。 In a normal power semiconductor device, if the number of elements to be mounted is increased, the planar area can only be increased in the planar direction. In the present embodiment, the planar area can be significantly reduced because the three-dimensional direction is used. Although it is considered that the height will increase accordingly, the conventional technique requires a considerable height for wire connection, so it does not increase much compared to that.
更に、単に平面面積と回路抵抗を小さくするだけでなく、本実施の形態をインバータ使用する場合、3枚で1アームを形成することができ、共通電位部を別途設けずに済む。また、貼り合せによるインダクタンスの低減を図ることでサージ抑制の効果もある。 Furthermore, in addition to simply reducing the planar area and the circuit resistance, when the present embodiment is used with an inverter, one arm can be formed with three pieces, and a common potential portion need not be provided separately. Moreover, there is an effect of surge suppression by reducing the inductance by bonding.
特に図11の装置では、主電流経路が対面になっているため、インダクタンスの低減を図ることができる。また、特に図12の装置では、放熱部に素子が近く効果的に放熱することができる。 In particular, in the apparatus of FIG. 11, since the main current path is facing, the inductance can be reduced. In particular, in the apparatus of FIG. 12, the element is close to the heat radiating portion and can effectively radiate heat.
6 電力用スイッチング半導体素子、 8 フリーホイルダイオード、 24 第1の基板、 26 第2の基板、 28 第1のリードフレーム、 30 第2のリードフレーム、 32 ヒートシンク、 38 接続(用)突出端。
6 power switching semiconductor element, 8 free foil diode, 24 first substrate, 26 second substrate, 28 first lead frame, 30 second lead frame, 32 heat sink, 38 connection (for) projecting end.
Claims (16)
第1の基板の表主面に形成された回路パターン上に前記電力用スイッチング半導体素子の裏面電極および前記フリーホイルダイオードの裏面電極とを接着し搭載すると共に、前記電力用スイッチング半導体素子の表面電極および前記フリーホイルダイオードの表面電極と対向するように配設された第2の基板の前記対向主面に形成された回路パターンを、半田付けされる接続導体を介し前記電力用スイッチング半導体素子の表面電極および前記フリーホイルダイオードの表面電極の夫々に接続したことを特徴とする電力用半導体装置。 In a power semiconductor device comprising a power switching semiconductor element and a free wheel diode connected in antiparallel with the power switching semiconductor element,
A back electrode of the power switching semiconductor element and a back electrode of the free wheel diode are bonded and mounted on a circuit pattern formed on the front main surface of the first substrate, and a front electrode of the power switching semiconductor element And a surface of the switching semiconductor element for power via a connection conductor to which a circuit pattern formed on the opposing main surface of the second substrate disposed so as to face the surface electrode of the free wheel diode is soldered A power semiconductor device connected to each of an electrode and a surface electrode of the freewheel diode.
第1の基板の表主面に形成された回路パターン上に前記電力用スイッチング半導体素子の裏面電極および前記フリーホイルダイオードの裏面電極とを接着し搭載すると共に、前記電力用スイッチング半導体素子の表面電極および前記フリーホイルダイオードの表面電極と対向するように配設された第2の基板の前記対向主面に形成された回路パターンを部分的に突出させ、その突出端を前記電力用スイッチング半導体素子の表面電極および前記フリーホイルダイオードの表面電極の夫々に半田付け接続したことを特徴とする電力用半導体装置。 In a power semiconductor device comprising a power switching semiconductor element and a free wheel diode connected in antiparallel with the power switching semiconductor element,
A back electrode of the power switching semiconductor element and a back electrode of the free wheel diode are bonded and mounted on a circuit pattern formed on the front main surface of the first substrate, and a front electrode of the power switching semiconductor element And a circuit pattern formed on the opposing main surface of the second substrate disposed so as to face the surface electrode of the free wheel diode is partially projected, and the protruding end of the power switching semiconductor element A power semiconductor device, wherein the surface electrode and the surface electrode of the free wheel diode are connected by soldering.
第1のリードフレームの表主面に前記電力用スイッチング半導体素子の裏面電極と、前記フリーホイルダイオードの裏面電極とを接合すると共に、前記電力用スイッチング半導体素子の表面電極と前記フリーホイルダイオードの表面電極とに対向する第2のリードフレームの対向主面の一部を突出させ、その突出端を前記電力用スイッチング半導体素子の表面電極と前記フリーホイルダイオードの表面電極とに対応接続したことを特徴とする電力用半導体装置。 In a power semiconductor device comprising a power switching semiconductor element and a free wheel diode connected in antiparallel with the power switching semiconductor element,
The back electrode of the power switching semiconductor element and the back electrode of the free foil diode are joined to the front main surface of the first lead frame, and the front electrode of the power switching semiconductor element and the surface of the free foil diode are joined. A portion of the opposing main surface of the second lead frame that faces the electrode is protruded, and the protruding end is connected to the surface electrode of the power switching semiconductor element and the surface electrode of the freewheel diode. A power semiconductor device.
平板状の第1のリードフレームの表主面に前記電力用スイッチング半導体素子の裏面電極と、前記フリーホイルダイオードの裏面電極とを接合すると共に、前記電力用スイッチング半導体素子の表面電極と前記フリーホイルダイオードの表面電極とに対向する平板状の第2のリードフレームの対向主面の所定の位置に半田付けされる複数の接続導体を前記電力用スイッチング半導体素子の表面電極と前記フリーホイルダイオードの表面電極とに対応し半田付け接続したことを特徴とする電力用半導体装置。 In a power semiconductor device comprising a power switching semiconductor element and a free wheel diode connected in antiparallel with the power switching semiconductor element,
The back electrode of the power switching semiconductor element and the back electrode of the free wheel diode are joined to the front main surface of the flat first lead frame, and the front electrode and the free foil of the power switching semiconductor element are joined. A plurality of connecting conductors soldered at predetermined positions on the opposing main surface of the flat plate-like second lead frame facing the surface electrode of the diode are connected to the surface electrode of the power switching semiconductor element and the surface of the free foil diode. A power semiconductor device characterized by being soldered and connected to an electrode.
The power semiconductor device according to any one of claims 1 to 13, wherein the number of substrates or lead frames is three or more.
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